Vacante (física)

Vacante (del lat.  vacans - vacío, libre) - un defecto de cristal , que es un nodo en el que no hay átomo ( ion ). En otras palabras, una vacante es un lugar donde, en el caso de un cristal ideal, debería ubicarse un átomo (ion), pero en realidad no está en esta posición [1] [2] .

Tipos de trabajo

Dependiendo de la carga del ion faltante, se habla de vacantes catiónicas y aniónicas . Si un ion positivo se encuentra en el lugar de una vacante en un cristal ideal, entonces la vacante se llama catiónica, si es negativa, aniónica.

En los cristales iónicos que contienen vacantes, la neutralidad eléctrica está asegurada por el hecho de que los defectos se forman en pares. En una de las posibles variantes de formación de tales pares, junto a una vacante de cargo del mismo signo, surge una vacante de cargo de signo contrario. Tales vacantes se clasifican como defectos de Schottky . El físico alemán Walter Schottky (1935) fue el primero en introducir en la ciencia el concepto de defectos de este tipo .

Otra opción es que se forme un ion intersticial junto con la vacante. En este caso, surge una vacante como resultado del movimiento de un ion de un sitio a un sitio intersticial, es decir, a una posición que los iones no ocupan en una red ideal. Los defectos de este tipo se denominan defectos de Frenkel . Por primera vez, se hizo un mensaje sobre ellos en los trabajos del físico soviético Yakov Frenkel (1926).

Cuando se forman defectos de vacante según Schottky, el volumen del cristal aumenta, como resultado de lo cual su densidad disminuye, y la formación de defectos según Frenkel no provoca tal efecto.

Propiedades

En el caso general, ambos tipos de defectos están presentes en los cristales, sin embargo, predominan aquellos que requieren menos energía para formarse. Los estudios han demostrado que los defectos de Schottky son característicos de los cristales de haluros alcalinos puros, y los defectos de Frenkel son característicos de los cristales de haluros de plata puros .

Las vacantes siempre están presentes en un cristal que se encuentra en un estado de equilibrio térmico. El número de defectos de Schottky , correspondiente a la temperatura del cristal , se puede estimar mediante la fórmula [3]

donde es el número de iones, es la energía requerida para eliminar un ion de un sitio de red, es la constante de Boltzmann . A E~1 eV y T~1000 K se sigue de la fórmula n/N~10 -5 [2] .

Para estimar el número de pares de defectos de Frenkel, se utiliza otra fórmula [3] :

donde y son las concentraciones de sitios y posiciones intersticiales, respectivamente, y es la energía requerida para mover un átomo de un sitio reticular a un sitio intersticial.

El número de vacantes en un cristal se puede aumentar artificialmente. Por ejemplo, calentar álcali - cristales de haluro en vapores de metales alcalinos conduce a la penetración de iones alcalinos en los cristales y la formación de su exceso, es decir, a la aparición de vacantes de aniones.

Las vacantes tienen una influencia significativa o incluso decisiva en muchas propiedades de los cristales y procesos físicos en ellos (densidad, conductividad iónica, propiedades ópticas, fricción interna, etc.). Por lo tanto, las vacantes de aniones que han capturado un electrón pueden formar centros de color que absorben la radiación óptica en la región visible del espectro y, por lo tanto, colorean el cristal.

Véase también

Notas

  1. ↑ Meyerovich A. E. Vacancy // Enciclopedia física / Cap. edición A. M. Projorov . - M .: Enciclopedia soviética , 1988. - T. 1 Efecto Aharonov-Bohm - Largas colas. - S. 235. - 704 pág. — 100.000 copias.
  2. ↑ 1 2 Kittel C. Introducción a la física del estado sólido. - M. : Nauka, 1978. - 792 p.
  3. ↑ 1 2 Pavlov P.V., Khokhlov A.F. Física del estado sólido. - M. : Escuela Superior, 2000. - 494 p. — ISBN 5-06-003770-3 .

Literatura